Tìm hiểu ứng dụng hệ thống làm mát bằng nước trong sản xuất thực phẩm, cơ chế hoạt động, lợi ích, thách thức vận hành và giải pháp tối ưu cho nhà máy.
Trong ngành sản xuất thực phẩm, kiểm soát nhiệt độ đóng vai trò quyết định đến chất lượng, an toàn vi sinh và tính ổn định của dây chuyền sản xuất. Mọi quá trình gia nhiệt, làm lạnh nhanh, lên men, đóng gói hay ép định hình đều cần đến một hệ thống xử lý nhiệt hiệu quả và chính xác. Trong số các giải pháp hiện có, hệ thống làm mát bằng nước trong sản xuất thực phẩm được xem là lựa chọn tối ưu nhờ hiệu suất trao đổi nhiệt cao, khả năng vận hành liên tục và độ tin cậy vượt trội so với các phương pháp làm mát bằng gió.
Bài viết này cung cấp một góc nhìn chuyên sâu về cách hệ thống làm mát bằng nước vận hành, vì sao nó phù hợp với ngành thực phẩm và cách tối ưu hiệu suất trong thực tế nhà máy.
Tầm quan trọng của hệ thống làm mát bằng nước trong ngành thực phẩm
Nhiệt độ luôn là yếu tố có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng thực phẩm. Một sai lệch nhỏ trong kiểm soát nhiệt có thể tạo ra:
- Biến đổi cấu trúc sản phẩm
- Tăng sinh vi sinh vật
- Giảm độ ổn định và thời hạn sử dụng
- Nguy cơ nhiễm chéo
- Tổn thất năng lượng và chi phí vận hành
Khác với làm mát bằng gió vốn bị giới hạn vì hiệu suất trao đổi nhiệt thấp, hệ thống làm mát bằng nước giúp truyền nhiệt nhanh hơn đến 25–30 lần, đảm bảo quá trình xử lý nhiệt diễn ra ổn định trong toàn bộ dây chuyền. Điều này đặc biệt quan trọng đối với sữa, đồ uống, thịt – hải sản, trái cây, nước sốt, bánh kẹo, thực phẩm lên men và các sản phẩm nhạy cảm nhiệt độ.
Yêu cầu nhiệt độ nghiêm ngặt trong sản xuất thực phẩm
Mỗi nhóm sản phẩm có yêu cầu nhiệt độ đặc thù:
- Sữa và đồ uống cần làm lạnh nhanh để hạn chế hoạt động của enzyme và vi sinh.
- Thịt – hải sản phải được giữ trong vùng nhiệt độ an toàn để ngăn vi khuẩn phát triển.
- Thực phẩm lên men như bia, sữa chua, kombucha cần môi trường nhiệt độ ổn định để vi sinh vật hoạt động tối ưu.
- Bánh kẹo, chocolate đòi hỏi kiểm soát nhiệt nghiêm ngặt để tránh kết tinh sai hoặc tách lớp.
- UHT/Thanh trùng yêu cầu vòng làm nóng – làm lạnh nhanh để giữ được chất lượng cảm quan.
Tất cả những quy trình này đều yêu cầu khả năng điều khiển nhiệt độ chính xác mà chỉ một hệ thống làm mát bằng nước mới đáp ứng được tối ưu.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống làm mát bằng nước trong nhà máy thực phẩm
Hệ thống làm mát bằng nước hoạt động dựa trên chu trình tuần hoàn đóng, trong đó nước được bơm qua các thiết bị như:
- Bộ trao đổi nhiệt dạng tấm (Plate Heat Exchanger – PHE)
- Dạng ống (Tubular heat exchanger)
- Áo nước (Jacket tank)
- Cooling coil trong bồn, nồi hoặc thiết bị phối trộn
Nhiệt từ sản phẩm hoặc từ thiết bị sẽ truyền sang nước thông qua bề mặt trao đổi nhiệt. Sau đó nước được làm mát lại bằng tháp giải nhiệt, chiller hoặc hệ thống cooling water trung tâm và tiếp tục tuần hoàn.
Nhờ khả năng truyền nhiệt cao của nước, hệ thống luôn duy trì được độ ổn định ngay cả trong điều kiện tải nhiệt lớn, điều mà phương pháp làm mát bằng gió khó đảm bảo.
Các ứng dụng theo từng quy trình sản xuất thực phẩm
Làm lạnh nhanh sau gia nhiệt hoặc thanh trùng
Trong dây chuyền sản xuất sữa, nước giải khát, syrup, nước trái cây, việc làm lạnh nhanh giúp:
- Giảm phát triển vi sinh
- Giữ màu – giữ hương
- Duy trì độ ổn định vật lý
Cooling water được sử dụng để kiểm soát tốc độ trao đổi nhiệt qua PHE, đảm bảo sản phẩm đạt nhiệt độ mục tiêu trong thời gian ngắn.
Ổn định nhiệt trong các quá trình lên men
Lên men là quá trình cực kỳ nhạy cảm với nhiệt độ. Chỉ cần chênh 1–2°C cũng ảnh hưởng lớn đến hoạt động của vi sinh vật. Hệ thống làm mát bằng nước giữ cho bồn lên men trong khoảng nhiệt độ tối ưu nhờ áo nước và vòng tuần hoàn làm mát liên tục.
Làm mát trong quy trình UHT – HTST
Sau khi gia nhiệt ở 130–140°C, sản phẩm phải được làm lạnh nhanh để tránh biến tính protein và thay đổi chất lượng. Cooling water giúp rút ngắn thời gian trao đổi nhiệt, tiết kiệm năng lượng và cải thiện chất lượng cuối cùng.
Hỗ trợ các hệ thống đóng gói – chiết rót tốc độ cao
Máy chiết rót, máy đóng gói tạo ra lượng nhiệt lớn do ma sát và hoạt động liên tục. Hệ thống làm mát bằng nước giúp:
- Ổn định áp suất và độ nhớt của sản phẩm
- Giữ nhiệt ổn định cho máy hoạt động tốc độ cao
- Ngăn quá nhiệt và giảm lỗi đóng gói
Làm mát khuôn và thiết bị trong ngành bánh kẹo
Chocolate, bơ, caramel và các sản phẩm dễ tách lớp yêu cầu làm mát đều. Cooling water giúp tránh mất kết cấu, duy trì chất lượng cảm quan và tốc độ sản xuất.
Thách thức khi vận hành hệ thống làm mát bằng nước trong ngành thực phẩm
Mặc dù hiệu quả, cooling water cũng gặp nhiều rủi ro kỹ thuật:
- Cáu cặn (scaling) làm giảm hệ số truyền nhiệt.
- Vi sinh và biofilm trong nước làm tăng nguy cơ nhiễm chéo.
- Ăn mòn ở đường ống hoặc bề mặt trao đổi nhiệt.
- Tăng chênh áp, làm giảm hiệu suất hệ thống.
- Tiêu tốn năng lượng nếu vòng tuần hoàn không được tối ưu.
Vì vậy, vận hành hiệu quả đòi hỏi kiểm soát nghiêm ngặt chất lượng nước, lưu lượng và nhiệt độ ở từng điểm quan trọng.
Các tiêu chí kỹ thuật để tối ưu hiệu suất hệ thống
Hiệu suất của hệ thống làm mát phụ thuộc vào các yếu tố:
- Chất lượng nước tuần hoàn: pH, độ cứng, độ dẫn điện
- Tốc độ dòng và chênh áp qua heat exchanger
- Hiệu quả của tháp giải nhiệt hoặc chiller
- Vệ sinh đường ống và bề mặt trao đổi nhiệt
- Áp suất và nhiệt độ tác động đến công suất tản nhiệt
Việc theo dõi thường xuyên các thông số này giúp hệ thống vận hành ổn định, tiết kiệm và giảm chi phí bảo dưỡng.
Liên kết giữa hệ thống làm mát bằng nước và hệ thống khí nén – và vai trò của Aftercooler UFK-W
Trong hầu hết các nhà máy thực phẩm, hệ thống cooling water còn được sử dụng để làm mát khí nén sau máy nén khí. Nhiệt độ khí nén thường tăng lên 100–120°C sau quá trình nén, gây tăng tải đáng kể cho bộ lọc và máy sấy khí phía sau. Làm mát khí nén bằng nước ngay tại đầu ra giúp:
- Ổn định chất lượng khí nén,
- Giảm lượng nước ngưng,
- Tăng tuổi thọ thiết bị xử lý khí,
- Giảm tiêu thụ năng lượng.
Vì lý do đó, aftercooler làm mát bằng nước là thiết bị không thể thiếu trong các dây chuyền thực phẩm hiện đại.
Aftercooler dòng UFK-W là lựa chọn phù hợp nhờ khả năng giảm nhanh nhiệt độ khí nén xuống chỉ khoảng 10°C cao hơn nước làm mát. Thiết kế trao đổi nhiệt hiệu suất cao, hạn chế sụt áp và sử dụng vật liệu chống ăn mòn giúp thiết bị hoạt động bền bỉ trong môi trường thực phẩm.
Thiết bị này được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống:
- Khí nén cho đóng gói – chiết rót tốc độ cao
- Máy thổi chai PET
- Đường khí cấp cho phòng sạch và xử lý vi sinh
- Dây chuyền sữa, nước giải khát, sản phẩm đông lạnh
Xem thêm chi tiết sản phẩm tại : https://fil.com.vn/san-pham/aftercoolers-dong-ufk-w/
Để tối ưu hệ thống làm mát – khí nén – năng lượng tổng thể, bạn có thể tham khảo dịch vụ kiểm toán khí nén chuyên sâu từ NB Engineering
Liên hệ Việt Nam FIL
Việt Nam FIL là đơn vị cung cấp giải pháp tổng thể về khí nén – xử lý khí – giải nhiệt – đo lường công nghiệp cho các nhà máy thực phẩm.
Chúng tôi giúp doanh nghiệp lựa chọn thiết bị phù hợp, thiết kế hệ thống tối ưu và đồng hành kỹ thuật trong suốt quá trình vận hành.
Liên hệ Việt Nam FIL qua Hotline 09 7117 5789 để được tư vấn chuyên sâu cho hệ thống làm mát bằng nước và khí nén trong nhà máy thực phẩm.
